CN108008096B - 浮动式发酵状态检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮动式发酵状态检测装置及检测方法，该装置包括漂浮装置以及数据分析装置，工作时漂浮装置置于一发酵罐内，漂浮装置具有上部腔体与下部腔体，下部腔体内设置有控制器，下部腔体外部的底部设置有数据采集装置，数据采集装置用于实时采集发酵罐内的液体的参数，并将采集到的参数发送给控制器；数据分析装置收集所述控制器发送的参数，绘制收集到的参数随时间变化的趋势，将该趋势与一预设标准趋势比较，判断发酵罐内的液体的状态。该方法利用漂浮装置来对发酵罐内的液体的参数进行检测，以监测液体的发酵状态，在不需要对罐体改造的情况下,代替人工检测的方式,获取发酵节点信息,并联动数据分析装置控制实现发酵自动化。

Description

浮动式发酵状态检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及啤酒酿造技术领域，尤其涉及一种浮动式发酵状态检测装置及检测方法。

背景技术

大型工业酿酒设施中,对于啤酒发酵状态,有完善的生化检测手段,以离线或在线的方式获取发酵液的状态,从而控制发酵条件。

而在小型发酵设备中,受限于成本和体积,极少使用在线检测的方式测量发酵液状态,多数是以人工的形式获取样本,离线测量；亦或不使用测量,仅依靠经验值和时间判断发酵。现有的方案和处理方式,在自动化控制、染菌控制、人工成本、改造成本上无法平衡。

因此，如何对小型发酵设备内的液体的发酵状态进行监测已成为行业内亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浮动式发酵状态检测装置及检测方法，以有效对小型发酵设备内的液体的发酵状态进行监测。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种浮动式发酵状态检测装置，包括：

漂浮装置，工作时置于一发酵罐内；所述漂浮装置具有一容置腔，所述容置腔分为上部腔体与下部腔体，所述下部腔体内设置有控制器，所述下部腔体外部的底部设置有数据采集装置，所述数据采集装置用于实时采集发酵罐内的液体的参数，并将采集到的参数发送给所述控制器；所述参数至少包括TDS值；

数据分析装置，收集所述控制器发送的参数，绘制收集到的参数随时间变化的趋势，将该趋势与一预设标准趋势比较，判断发酵罐内的液体的状态。

在本发明的一个实施例中，所述数据采集装置至少包括探针，所述探针用于实时采集发酵罐内的液体的TDS值。

在本发明的一个实施例中，所述数据采集装置还包括温度传感器，所述温度传感器用于实时采集发酵罐内的液体的温度。

在本发明的一个实施例中，所述下部腔体外部的底部设置有保护区，所述数据采集装置设置在所述保护区内。

在本发明的一个实施例中，还包括供电装置，为所述控制器供电。

在本发明的一个实施例中，还包括无线中继器，所述无线中继器安装在发酵罐的侧壁或盖子上；所述无线中继器以无线或有线方式连接到所述数据分析装置，且所述无线中继器以无线方式与所述控制器进行通信。

在本发明的一个实施例中，所述控制器以无线方式与所述数据分析装置进行直接通信；或者所述控制器以有线方式与所述数据分析装置进行直接通信。

在本发明的一个实施例中，还包括天线，设置在所述上部腔体内。

在本发明的一个实施例中，所述容置腔还设置有倾斜传感器，用于测量整个装置的倾斜状态。

在本发明的一个实施例中，所述漂浮装置为浮球式装置，所述浮球式装置包括上半浮球与下半浮球，所述上半浮球具有上部腔体，所述下半浮球具有下部腔体；所述上半浮球与所述下半浮球之间通过连接装置匹配连接或者所述上半浮球与所述下半浮球为一体成型结构。

一种发酵状态检测方法，利用上述浮动式发酵状态检测装置进行检测，包括以下步骤：

将所述漂浮装置与数据分析装置匹配；

设定启动条件，启动所述漂浮装置；

将所述漂浮装置投入发酵罐中，实时采集发酵罐内的液体的参数；

所述数据分析装置收集所述漂浮装置采集到的液体的参数，绘制收集到的参数随时间变化的趋势，将该趋势与一预设标准趋势比较，判断发酵罐内的液体的状态。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1)本发明提供的浮动式发酵状态检测装置，利用漂浮装置来对发酵罐内的液体的参数进行检测，以监测液体的发酵状态，在不需要对罐体改造的情况下,代替人工检测的方式,获取发酵节点信息,并联动数据分析装置控制实现发酵自动化。

2)本发明提供的浮动式发酵状态检测装置，利用测量得到的参数的曲线变化方式作为检测方式，从而不需要标定初始值以及考虑水质对检测数值的影响。

3)本发明提供的浮动式发酵状态检测装置，通过将重的部件均放置在下部腔体内，使得当漂浮装置投入发酵罐后，下部腔体始终保持向下，从而使得下部腔体外部的底部设置的数据采集装置始终能有效采集液体的参数。

4)本发明提供的浮动式发酵状态检测装置，其下部腔体外部的底部设置有保护区，所述数据采集装置设置在所述保护区内，从而避免了数据采集装置误触罐体内金属等而导致短路。

附图说明

图1为本发明实施例提供的TDS值与发酵节点的关系曲线图；

图2为本发明实施例提供的漂浮装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的浮动式发酵状态检测装置使用状态示意图。

符号说明：

10-漂浮装置，11-探针，12-温度传感器，13-控制器，14-电池，15-射频天线，16-上部腔体，17-下部腔体，18-保护区，20-上位机，30-发酵罐，31-发酵罐内液体的液位，40-无线中继器，51-控制器与上位机的第一种通信方式，52-控制器与上位机的第二种通信方式，53-控制器与上位机的第三种通信方式，a-TDS值变化曲线，b-残糖变化曲线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的浮动式发酵状态检测装置及检测方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参阅图1至图3，如图1至图3所示，本发明实施例提供的浮动式发酵状态检测装置，特别适宜于用来监测小型啤酒发酵罐内的啤酒发酵状态，其包括漂浮装置10以及数据分析装置，其中：

漂浮装置10工作时置于一发酵罐30内；漂浮装置10具有一容置腔，所述容置腔分为上部腔体16与下部腔体17，所述下部腔体17内设置有控制器13，如MCU；所述下部腔体17外部的底部设置有数据采集装置，所述数据采集装置用于实时采集发酵罐30内的液体的参数，并将采集到的参数发送给所述控制器13；所述参数至少包括TDS值；通过将较重的装置均放置在下部腔体17内，从而使得漂浮装置10投入到发酵罐30后，下部腔体17始终向下，使得数据采集装置始终能有效采集叶面以下一定深度的液体的参数。

数据分析装置收集所述控制器13发送的参数，绘制收集到的参数随时间变化的趋势，将该趋势与一预设标准趋势比较，判断发酵罐30内的液体的状态。

在本发明的一个实施例中，所述数据采集装置至少包括探针11，所述探针11用于实时采集发酵罐30内的液体的TDS值。根据TDS值的变化曲线来判断发酵罐内液体的发酵状态。以TDS(Total dissolved solids，总溶解固体)的变化曲线区分出主酵开始、进行、结束和异常的时间节点。

在优选实施例中，所述数据采集装置还包括温度传感器12，所述温度传感器12用于实时采集发酵罐30内的液体的温度。以温度补偿的方式剔除麦汁控温发酵的温度干扰。

本申请的申请人通过多次对多种啤酒发酵过程中发酵罐内的液体的TDS值进行实时检测，得到了啤酒发酵过程中发酵液的TDS值的标准变化曲线，并通过监测对应时间点的残糖量得到了发酵过程中残糖量的标准变化曲线，如图1所示，其中a为啤酒发酵过程中发酵液的TDS值随时间的变化曲线，b为啤酒发酵过程中发酵液的残糖量随时间的变化曲线。麦汁残糖量是与酵母活跃状态直接关联的数据,而TDS值的变化特征与残糖量在发酵不同阶段的变化程度基本吻合。

本发明提供的浮动式发酵状态检测装置在不需要对罐体改造的情况下,代替人工检测的方式,获取发酵节点信息,并联动数据分析装置控制实现发酵自动化。其利用测量得到的参数的曲线变化方式作为检测方式，从而不需要标定初始值以及考虑水质对检测数值的影响。

为了避免了数据采集装置如探针11和温度传感器12误触罐体内金属等而导致短路，下部腔体17外部的底部设置有保护区18，数据采集装置设置在保护区18内。保护区的一种具体设置方式可以为：下部腔体17外部的底部中央凹陷，数据采集装置设置在凹陷区内。其另一种具体设置方式可以为：下部腔体17外部的底部外周设置有挡板，数据采集装置设置在挡板包围的区域内。当然，本发明并不以此为限，其它形式的保护区也在本发明的保护范围之内，只要其能避免数据采集装置误触罐体内的金属即可。

此外，本发明提供的浮动式发酵状态检测装置还包括供电装置，例如电池14，设置在下部腔体17内，为所述控制器13供电。当然，供电的方式多种多样，例如可为：通过外部线缆供电，或者安装电池供电，并且电池的形式也可以多样化，例如设置可充电电池，或者为不可充电电池，且通过更换不可充电电池来保持持续的供电能力。

作为一种具体实施方式，所述数据分析装置为上位机20，具体地可为PC、手机、平板或控制台中的任一种。当然，该数据分析装置也可以直接为安装在手机中的APP。并且，上位机只是数据分析装置的一种形式，任何可以对采集到的数据进行分析的装置均在本发明的保护范围之内，例如下位机。

上位机20与控制器13之间的通信方式有多种：一种可选的方式为控制器13以无线方式与上位机20进行直接通信，如图2中控制器与上位机的第一种通信方式51。第二种可选的方式为：在发酵罐的侧壁或盖子上安装无线中继器40，无线中继器40以无线或有线方式连接到上位机20，且无线中继器40以无线方式与控制器13进行通信，如图2中控制器与上位机的第二种通信方式52。第三种可选的方式为：控制器13以有线方式与上位机20进行直接通信，如图2中控制器与上位机的第三种通信方式53。其中，控制器13通过天线接收或发送信号，例如射频天线15，该天线设置在上部腔体16内；由于天线较轻，因此其不影响漂浮装置在发酵罐内的漂浮状态。天线的形式不限于蓝牙、wifi、zigbee、RF等通信技术,亦包含有线方式连接。

进一步地，漂浮装置10的外侧标有水位线，浮动式发酵状态检测装置的重量与漂浮装置10的排水体积配比始终保持漂浮装置的水位线与发酵罐30内液体的液位31在同一高度；具体地，可通过在下部腔体17内设置配重块来调节漂浮装置10的排水体积配比。

进一步地，所述容置腔还设置有倾斜传感器，用于测量整个装置的倾斜状态,来判断是否漂浮装置未浮于液面,以及判断倒灌清空时,管内液体是否排空。

作为一种具体实施方式，漂浮装置10为浮球式装置，浮球式装置包括上半浮球与下半浮球，上半浮球具有上部腔体，下半浮球具有下部腔体；上半浮球与下半浮球之间通过连接装置匹配连接。其中，连接装置可为螺纹，例如在上半浮球的开口部设置外螺纹，在下半浮球的开口部设置内螺纹，内螺纹与外螺纹匹配连接以实现上半浮球与下半浮球的连接。连接装置还可以为卡扣，例如在上半浮球的开口部设置卡口，在下半浮球的开口部设置卡扣，通过将卡扣卡在卡扣内实现上半浮球与下半浮球的匹配连接。当需要对电池进行有线充电或更换时，可通过对连接装置进行操作，使得上半浮球与下半浮球分离，从而进行充电或更换。当然，应该认识到，本发明并不以此为限，其它的连接方式也在本发明的保护范围之内，例如，上半浮球与下半浮球为一体成型结构，在这种结构模式下，可采用无线充电方式对电池进行充电。并且通过将电池、控制器、配重块等较重的部分设置在下半浮球内，使得整个装置可以垂直浮在发酵液中。上半浮球与下半浮球的材质防水耐压，且为疏水材质，从而方便清洗和免除泡沫影响。在必要时，上半浮球可以取下，以进行电池更换或充电等操作，也可用于维修和更替内部元件。

以下对本发明利用TDS值变化曲线来监测发酵状态的原理进行说明：

如图1所示，在方框区域A内，认为是启动节点。经由温度补偿后,单位时间内曲线呈上涨趋势。此时对应酵母有氧增殖。当单位时间内曲线平滑并开始下降时,为发酵开始节点，酵母结束有氧繁殖,开始转入消耗液体中糖分的阶段。

整个主酵阶段随着容器内二氧化碳增多,压力增大,酵母开始休眠沉降,单位时间内曲线趋于平滑，在方框区域B内，认为是发酵结束标志。发酵结束后TDS值趋于上升后静止。

发酵期间，失压、染菌、酵母未活化等情形，能够匹配特定的曲线趋势，进而判断异常情况，告知上位机，上位机做对应处理。

当然，在优选实施例中，所述参数还包括温度、压力、糖度、PH值中的任一种或组合。例如，选取一款已知的IPA啤酒配方,同种工艺下麦汁在相同的环境条件下开始发酵,其TDS值、压力、糖度、温度、PH的变化趋势相同。

例如1：选取温度值和TDS值作交叉比对。TDS值与液体温度呈一定关系，获知温度值用于温度补偿，避免初期麦汁温度为酵母投料温度，降低到主酵温度时，液体温度的数据偏差。

例如2：选取PH值和TDS值作交叉比对。当TDS值处于下降趋势，随后开始上升,检查PH获知，该节点PH值比该款IPA配方的基准值偏低，即可推测当前批次可能已经染菌，乳酸菌等杂菌大量繁殖导致TDS值变化，而非正常酵母发酵。由此可提前告知使用者意外情况的发生。

本发明实施例还提供一种发酵状态检测方法，利用上述浮动式发酵状态检测装置进行检测，包括以下步骤：

S1:将所述漂浮装置与数据分析装置匹配；

S2:设定启动条件，启动所述漂浮装置；

S3:将所述漂浮装置投入发酵罐中，实时采集发酵罐内的液体的参数；

S4:所述数据分析装置收集所述漂浮装置采集到的液体的参数，绘制收集到的参数随时间变化的趋势，将该趋势与一预设标准趋势比较，判断发酵罐内的液体的状态。

以下给出几种具体检测方式：

方式1包括以下步骤：

S1:将漂浮装置与上位机匹配；

S2:设定启动条件,启动设备；

S3:投入发酵容器，采集信息，曲线符合数据模型时，判断发酵开始，自动处理上传数据；

S4:发酵期间，自动反馈数据包至上位机；

S5:根据信息判断出发酵结束标志，自动反馈数据包至上位机，上位机处理对应流程；

S6:发酵结束，上位机处理，等待取出漂浮装置并清洗；

S7:漂浮自动待机,或充电。

方式2包括以下步骤：

S1:首次使用将漂浮装置启动,与上位机匹配；

S2:将漂浮装置消毒处理,启动漂浮装置投入发酵罐内；

S3:控制器根据麦汁温度稳定、传感器未倾斜且低于40℃时启动分析，并根据实时温度作数据补偿；

S4:当单位时间内TDS值曲线不再上升,并有下降趋势时,判断主酵开始,以定期数据包形式告知上位机,处理降温措施,检查压力和温度等数据,上位机适时控制压力；

S5:当单位时间内TDS值曲线趋于平缓，并有上升趋势时，判断主酵即将结束,以定期数据包形式告知上位机,上位机根据配方预设,提示用户选择加糖灌装,或者保压加料进入二发；

S6:罐内液体倒空期间,装置触底倾斜，且温度测量到非液体温度时,告知上位机罐内已清空,提示清洗；

S7:取出装置,清洗,充电。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种浮动式发酵状态检测装置，其特征在于，包括：

漂浮装置，工作时置于一发酵罐内；所述漂浮装置具有一容置腔，所述容置腔分为上部腔体与下部腔体，所述下部腔体内设置有控制器，所述下部腔体外部的底部设置有数据采集装置，所述数据采集装置用于实时采集发酵罐内的液体的参数，并将采集到的参数发送给所述控制器，控制器根据TDS值的变化曲线来判断发酵罐内液体的发酵状态，以TDS的变化曲线区分出主酵开始、进行、结束和异常的时间节点；所述参数至少包括TDS值、温度、压力、糖度、PH值；

数据分析装置，收集所述控制器发送的参数，绘制收集到的参数随时间变化的趋势，将该趋势与一预设标准趋势比较，判断发酵罐内的液体的状态；

工作状态下，选取一款已知的IPA啤酒配方,同种工艺下麦汁在相同的环境条件下开始发酵,其TDS值、压力、糖度、温度、PH的变化趋势相同；

选取温度值和TDS值作交叉比对，TDS值与液体温度呈一定关系，获知温度值用于温度补偿，避免初期麦汁温度为酵母投料温度，降低到主酵温度时，液体温度的数据偏差；和/或,

选取PH值和TDS值作交叉比对，当TDS值处于下降趋势，随后开始上升,检查PH获知，该时间节点PH值比该款IPA配方的基准值偏低，即推测当前批次已经染菌，杂菌大量繁殖导致TDS值变化，而非正常酵母发酵。

2.如权利要求1所述的浮动式发酵状态检测装置，其特征在于，所述数据采集装置至少包括探针，所述探针用于实时采集发酵罐内的液体的TDS值。

3.如权利要求2所述的浮动式发酵状态检测装置，其特征在于，所述数据采集装置还包括温度传感器，所述温度传感器用于实时采集发酵罐内的液体的温度。

4.如权利要求1至3任一项所述的浮动式发酵状态检测装置，其特征在于，所述下部腔体外部的底部设置有保护区，所述数据采集装置设置在所述保护区内。

5.如权利要求1所述的浮动式发酵状态检测装置，其特征在于，还包括供电装置，为所述控制器供电。

6.如权利要求1所述的浮动式发酵状态检测装置，其特征在于，还包括无线中继器，所述无线中继器安装在发酵罐的侧壁或盖子上；所述无线中继器以无线或有线方式连接到所述数据分析装置，且所述无线中继器以无线方式与所述控制器进行通信。

7.如权利要求1所述的浮动式发酵状态检测装置，其特征在于，所述控制器以无线方式与所述数据分析装置进行直接通信；或者所述控制器以有线方式与所述数据分析装置进行直接通信。

8.如权利要求6或7所述的浮动式发酵状态检测装置，其特征在于，还包括天线，设置在所述上部腔体内。

9.如权利要求1所述的浮动式发酵状态检测装置，其特征在于，所述容置腔还设置有倾斜传感器，用于测量整个装置的倾斜状态。

10.如权利要求1所述的浮动式发酵状态检测装置，其特征在于，所述漂浮装置为浮球式装置，所述浮球式装置包括上半浮球与下半浮球，所述上半浮球具有上部腔体，所述下半浮球具有下部腔体；所述上半浮球与所述下半浮球之间通过连接装置匹配连接或者所述上半浮球与所述下半浮球为一体成型结构。

11.一种发酵状态检测方法，利用如权利要求1至10中的任一项浮动式发酵状态检测装置进行检测，其特征在于，包括以下步骤：

将所述漂浮装置与数据分析装置匹配；

设定启动条件，启动所述漂浮装置；

将所述漂浮装置投入发酵罐中，实时采集发酵罐内的液体的参数；

所述数据分析装置收集所述漂浮装置采集到的液体的参数，绘制收集到的参数随时间变化的趋势，将该趋势与一预设标准趋势比较，判断发酵罐内的液体的状态。